(57)【要約】【課題】    磁場中においても試料表面の磁性計測が可能な、磁場中での表面磁性計測方法および表面磁性計測装置を提供する。【解決手段】    磁場中においてスピン偏極させた準安定原子ビームを試料に照射し、試料電流を発生させ、試料に照射する準安定原子ビームのスピン偏極の向きを変えたときの試料電流の変化を測定することで試料表面の磁性計測を行う。【選択図】    図１ 
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場中においてスピン偏極させた準安定原子ビームを試料に照射し、試料電流を発生させ、試料に照射する準安定原子ビームのスピン偏極の向きを変えたときの試料電流の変化を測定することで試料表面の磁性計測を行うことを特徴とする磁場中での表面磁性計測方法。
【請求項２】
スピン偏極させた準安定原子ビームが準安定Ｈｅ原子ビームであることを特徴とする請求項１記載の磁場中での表面磁性計測方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の磁場中での表面磁性計測方法に用いられる表面磁性計測装置であって、準安定原子ビームを発生させる準安定原子ビーム源と、その準安定原子ビームをスピン偏極させるスピン偏極装置と、試料を磁化する磁場発生装置と、スピン偏極させた準安定原子ビームが照射された際に試料に流れる試料電流を測定する試料電流測定装置とを有し、磁場中においてスピン偏極させた準安定原子ビームを試料に照射し、試料電流を発生させ、試料に照射する準安定原子ビームのスピン偏極の向きを変えたときの試料電流の変化を測定し試料表面の磁性計測を行うことを特徴とする磁場中での表面磁性計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願の発明は、磁場中での表面磁性計測方法および表面磁性計測装置に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、磁場中においても試料最表面の磁性計測が可能な、磁場中での表面磁性計測方法および表面磁性計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
これまで、スピン偏極させた、すなわち電子スピンを一方向に揃えた準安定原子ビームは表面分析の分野で磁性体最表面の解析に利用されてきており、スピン偏極させた準安定原子ビームを試料表面に照射することにより試料表面での準安定原子の脱励起に伴い放出される電子のエネルギー分布を測定する手法であるスピン偏極準安定脱励起分光法（ＳＰＭＤＳ：Spin-Polarized Metastable-atom Deexcitation Spectroscopy）が通常用いられている（たとえば非特許文献１）。しかしながらＳＰＭＤＳでは、放出電子のエネルギー分析のため試料付近の磁場は０．１Ｏｅ以下に下げる必要がある。したがって磁場中でのＳＰＭＤＳ測定は他の電子分光法と同様に不可能であり、過去の計測の対象は残留磁化状態の強磁性体薄膜試料に限られていた。またＳＰＭＤＳを行うためには、ビーム源以外にエネルギー分析器やパルス計測システムが必要であり、装置も大掛かりなものが必要となっていた。
【０００３】
また、これまでに知られた磁場中での表面敏感な磁性計測手法としては、Ｘ線磁気円二色性（ＸＭＣＤ）、磁化誘起二次高調波計測（ＭＳＨＧ）などが挙げられるが、ＸＭＣＤの表面感度は放出二次電子の平均自由行程程度（数原子層程度）であり、ＭＳＨＧでは表面２−３原子層であり、それらの方法により最表面の電子状態の情報を得るのは困難であった。
【非特許文献１】M. OnellionおよびM. W. Hart他、"Spin-Polarized Metastable-Atom Deexcitation Spectroscopy: A New Probe of Surface Magnetism"、Physical Review Letters、Vol. 52、p.380-383、1984年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を解消し、磁場中においても試料最表面の磁性計測が可能な磁場中での表面磁性計測方法および表面磁性計測装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、まず第１には、磁場中においてスピン偏極させた準安定原子ビームを試料に照射し、試料電流を発生させ、試料に照射する準安定原子ビームのスピン偏極の向きを変えたときの試料電流の変化を測定することで試料表面の磁性計測を行うことを特徴とする磁場中での表面磁性計測方法を提供する。
【０００６】
第２には、この出願の発明は、第１の発明において、スピン偏極させた準安定原子ビームが準安定Ｈｅ原子ビームであることを特徴とする磁場中での表面磁性計測方法を提供する。
【０００７】
さらに、第３には、第１または２の発明の磁場中での表面磁性計測方法に用いられる表面磁性計測装置であって、準安定原子ビームを発生させる準安定原子ビーム源と、その準安定原子ビームをスピン偏極させるスピン偏極装置と、試料を磁化する磁場発生装置と、スピン偏極させた準安定原子ビームが照射された際に試料に流れる試料電流を測定する試
料電流測定装置とを有し、磁場中においてスピン偏極させた準安定原子ビームを試料に照射し、試料電流を発生させ、試料に照射する準安定原子ビームのスピン偏極の向きを変えたときの試料電流の変化を測定し試料表面の磁性計測を行うことを特徴とする磁場中での表面磁性計測装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
この出願の発明の磁場中での表面磁性計測方法および表面磁性計測装置によれば、磁場中においても試料最表面の磁性計測が可能となり、表面原子層特有の磁気秩序や表面吸着分子の磁場中での挙動の解析などの用途が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。
【００１０】
この出願の発明の磁場中での表面磁性計測方法では、磁場中においてスピン偏極させた準安定原子ビームを試料に照射し、試料電流を発生させ、試料に照射する準安定原子ビームのスピン偏極の向きを変えたときの試料電流の変化を測定することで試料表面の磁性計測を行うことを大きな特徴としている。
【００１１】
上記のようにこの出願の発明の磁場中での表面磁性計測方法においては、スピン偏極させた準安定原子ビームを照射した際の試料電流が、試料表面に入射する準安定原子ビームの電子スピン偏極に依存するため、試料に照射する準安定原子ビームのスピン偏極の向きを変えたときの試料電流の変化を測定するのである。試料表面に入射した準安定原子はオージェ過程を介して基底状態に減衰するが、この過程で試料の表面電子が真空中に放出されるために試料電流が発生する。この過程は固体最表面のプロセスであるので、試料電流の準安定原子スピン依存性は試料表面の第一原子層の状態に由来するのである。
【００１２】
なおスピン偏極させた準安定原子ビームの照射時の試料電流は、試料表面から真空中に飛び出す表面電子の数により決定されるものであり、磁場により表面電子の軌道が曲げられても影響は受けない。したがってこのようにこの出願の発明の磁場中での表面磁性計測方法により、スピン偏極させた準安定原子ビームが提供する最表面敏感性を維持した上で、不可能であった磁場中での表面磁性計測が可能となるのである。
【００１３】
なおこのとき、準安定Ｈｅ原子ビームは、準安定Ｈｅ原子と強磁性体表面の相互作用が充分に研究されているとともに、ほぼ１００％のスピン偏極が達成されておりビーム偏極技術がよく確立されているので、スピン偏極させる準安定原子ビームとして好適に用いることができる。
【００１４】
また、この出願の発明の表面磁性計測装置は、上記のような磁場中での表面磁性計測方法に用いられる表面磁性計測装置であって、準安定原子ビームを発生させる準安定原子ビーム源と、その準安定原子ビームをスピン偏極させるスピン偏極装置と、試料を磁化する磁場発生装置と、スピン偏極させた準安定原子ビームが照射された際に試料に流れる試料電流を測定する試料電流測定装置とを有し、磁場中においてスピン偏極させた準安定原子ビームを試料に照射し、試料電流を発生させ、試料に照射する準安定原子ビームのスピン偏極の向きを変えたときの試料電流の変化を測定することで試料表面の磁性計測を行うことを大きな特徴としている。
【００１５】
この出願の発明の表面磁性計測装置を用いることで、従来のＳＰＭＤＳとは違い磁場中での試料表面の磁性計測が可能となり、また検出用アタッチメントも不要であり、微小電流計などの試料電流測定装置で試料電流を測定することができ、装置としても大掛かりな
ものを必要とせず、安価に試料表面の磁性計測を行うことができるのである。
【００１６】
以下、添付した図面に沿って実施例を示し、この出願の発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、この発明は以下の例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。
【実施例】
【００１７】
＜実施例１＞
この出願の発明の磁場中での表面磁場計測方法を行うための表面磁場計測装置の一実施形態を図１に示す。
【００１８】
図１では、準安定原子ビームとして準安定Ｈｅ原子（Ｈｅ*、電子配置（１ｓ）（２ｓ
））をビームとして用いており、同図に示すように準安定原子ビーム源としての準安定Ｈｅ原子ビーム源（１）からのＨｅ放電により生成した準安定Ｈｅ原子（２）に対してスピン偏極装置である励起レーザ（３）により波長１０８３ｎｍ円偏光レーザ（４）を照射し、準安定Ｈｅ原子（２）の電子スピン状態を偏極させる。これにより、ランダムな方向を向いていた準安定Ｈｅ原子の電子スピンの向きが一方向に揃えられる。そして２ｍｍφのアパーチャ（５）を通過した準安定Ｈｅ原子（６）は試料（７）の表面（８）で基底状態に脱励起する。ここで図１中の準安定Ｈｅ原子（６）の矢印の向きは準安定Ｈｅ原子（６）の電子スピンの向きを表す。
【００１９】
この過程で試料（７）の表面電子ｅ-（９）が真空中に放出され、結果的に試料電流が
生じ、その試料電流を試料電流測定装置（１０）で測定する。試料（７）にはＣｕ（１００）基板上に作製した膜厚３原子層の単結晶Ｆｅ薄膜を用いている。試料（７）の容易磁化方向は試料（７）の垂直方向すなわち図１での左右方向で、試料ホルダー後方に設置した磁場発生装置であるコイル（１１）で磁場を印加することで磁化される。なお、図１においては試料（７）が右から左に向かって磁化されていることを示している。なお、試料電流は準安定Ｈｅ原子（６）の電子スピンの向きと試料（７）の磁化の向きが平行、反平行の場合で異なる。ここで用いている単結晶Ｆｅ薄膜の試料（７）の表面では両者が平行な場合、反平行の場合よりも試料電流が小さいことを確認した。
【００２０】
図２に試料電流のスピン非対称率（％）を印加磁場（Ｏｅ）の関数として示した。なお、図２中のＭの上の矢印は試料（７）の磁化の向きを表し、Ｈの下の矢印は印加磁場の向きを示している。またＭの右に準安定Ｈｅ原子ビームの向きを示している。試料温度は３０℃、試料電圧は−４Ｖである。図２の縦軸に試料電流のスピン非対称率を示す。スピン非対称率は準安定Ｈｅ原子（６）の電子スピンがビーム方向である場合の試料電流Ｉ↑と準安定Ｈｅ原子（６）の電子スピンがビームと逆方向である場合の試料電流Ｉ↓の差Ｉ↑−Ｉ↓を、それらを足した試料電流Ｉ↑＋Ｉ↓で規格化した量である。前述したとおり、試料（７）の磁化の向きと準安定Ｈｅ原子（６）の電子スピンの向きが平行な場合、それらが反平行な場合よりも試料電流が小さい。
【００２１】
したがって図２より明らかなように、試料（７）の磁化の向きがビーム方向ならば、Ｉ↑＜Ｉ↓、試料（７）の磁化がビームと逆方向に向けばＩ↑＞Ｉ↓となる。十分大きい磁場をビーム方向すなわち図２で印加磁場が負の向きに印加すれば、試料（７）の磁化はビーム方向を向くのでＩ↑＜Ｉ↓となり、スピン非対称率は負となる。印加磁場を負から正に掃引すると、−１０Ｏｅ程度からスピン非対称率の絶対値が減少しはじめ、−１Ｏｅ程度で符号が逆転し、＋１５Ｏｅ程度でスピン非対称率が正の飽和値（＋０．６％程度）に達する。これは試料の磁化反転によるもので、＋１５Ｏｅ程度で磁化の向きが逆になることを示している。このとき、試料（７）の磁化の向きはビームと逆向きとなるので、Ｉ↑＞Ｉ↓となりスピン非対称率が正になる。同様な現象は正から負の磁場掃引に対しても起
こる。
【００２２】
上記の結果は試料電流のスピン偏極させた準安定Ｈｅ原子ビームの電子スピン（Ｈｅ*
スピン）依存を利用して磁気ヒステリシスが測定できることを示している。試料電流のスピン依存性は試料最表面からの電子放出によるものなので、このヒステリシスは試料の最表面層の磁化反転に対応するものである。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、磁場中においても試料表面の磁性計測が可能な磁場中での表面磁性計測方法および表面磁性計測装置が提供され、表面原子層特有の磁気秩序や表面吸着分子の磁場中での挙動の解析などの用途が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の磁場中での表面磁性計測方法を行う表面磁性計測装置の一実施形態を例示した概念図である。
【図２】この発明の磁場中での表面磁性計測方法により測定された印加磁場と試料電流のスピン非対称率の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２５】
１  準安定Ｈｅ原子ビーム源
２  準安定Ｈｅ原子ビーム
３  レーザ
４  １０８３ｎｍ円偏光レーザ
５  アパーチャ
６  準安定Ｈｅ原子（矢印の向きは電子スピンの向きを表す）
７  試料
８  （試料の）表面
９  表面電子
１０  試料電流測定装置
１１  コイル（磁場発生装置）
【図１】
2005300402.tif 000003
【図２】
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